CN111896927A - 一种基于1比特量化抽样的通信辅助的雷达目标检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于1比特量化抽样的通信辅助的雷达目标检测方法：雷达根据待检测距离单元的地理位置，选择进行辅助探测的通信基站；雷达通过高速通信网络，接收进行辅助探测的通信基站传输的进行辅助探测的基站通信信号；雷达对待检测距离单元对应的基站通信信号和雷达探测信号进行1比特量化抽样；计算检测算子和检测门限，并进行比较来确认待检测距离单元是否有目标。本发明雷达目标检测方法通过利用通信基站覆盖范围广的优势，雷达同时接收雷达探测信号回波和基站通信信号回波，用基站通信信号来进一步改善雷达探测性能；同时利用1比特量化抽样降低模数转换时的功率消耗。
Description
技术领域
本发明属于雷达探测技术领域，更具体地，涉及一种基于1比特量化抽样的通信辅助的雷达目标检测方法。
背景技术
在雷达探测过程中，目标的回波信号需要进行抽样将模拟信号变成数字信号，以便雷达信号处理系统进行目标检测。高速率和高精度的模数转换器需要消耗较大的功率，并且价格较为昂贵。因此，可以考虑使用成本较低，转换精度低的模数转换器来实现模拟信号的抽样。
另外，雷达是通过发射电磁波信号，然后接收目标反射的电磁波信号实现目标探测。随着无线通信技术的不断发展，通信基站的规模和覆盖范围越来越大，基站也是不断向外辐射通信信号，这些基站的通信信号遇到目标也会发生反射现象。因此，可以利用通信基站覆盖范围广的优势，考虑如何使用基站通信信号来进一步改善雷达探测性能。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种基于1比特量化抽样的通信辅助的雷达目标检测方法，利用1比特量化抽样和基站的通信信号，改善雷达探测性能，降低模数转换时的功率消耗。本发明目的在于利用基站的通信信号，改善雷达探测性能；同时降低模数转换时的功率消耗。
为了达到上述目的，本发明提供了一种基于1比特量化抽样的通信辅助的雷达目标检测方法，对每个待检测距离单元进行检测判断是否有目标，具体包括以下步骤：
步骤S1：雷达根据待检测距离单元的地理位置，选择进行辅助探测的通信基站。
假设待检测距离单元周围的通信基站有n个，第i个通信基站距离待检测距离单元的位置为di，第i个通信基站的发射功率为pi，选择
值最大的通信基站作为进行辅助探测的通信基站。
步骤S2：雷达通过高速通信网络，接收进行辅助探测的通信基站传输的进行辅助探测的基站通信信号。
在进行通信辅助的雷达探测时，经过目标反射的基站通信信号和雷达信号回波需要同时到达雷达。由于通信基站、雷达到待检测距离单元的距离不同，通信基站需要通过高速通信网络向雷达传输进行辅助探测的基站通信信号。假设雷达发射雷达探测信号的时刻为t1,雷达探测信号持续时间为T；雷达探测信号传输到待检测距离单元的时间为τ1，进行协助探测基站的通信信号传输到待检测距离单元的时间为τ2；则辅助探测的通信基站通过高速通信网络传输从(t1+τ1-τ2)时刻开始，持续时间为T的基站通信信号给雷达。假设基站通信信号和雷达探测信号处于相同的频率范围。
步骤S3：雷达对待检测距离单元对应的基站通信信号和雷达探测信号进行1比特量化抽样。
假设雷达有Nt根发射天线，Nr根接收天线，为线形阵列；每个接收脉冲内的抽样数为L，即持续时间为T的雷达探测信号视为一个脉冲，同样持续时间为T的基站通信信号也可视为一个脉冲。雷达在对待检测距离单位进行检测时，同时收到雷达探测信号回波和基站通信信号回波。将雷达探测信号进行抽样数字化表示为
S(l)为S的第l列矢量，基站通信信号进行抽样数字化表示为
C(l)为C的第l列元素。则有，雷达接收到的信号x(l)可以表示为
其中l＝1,…,L；
为第l个抽样的噪声矢量，且其中元素满足均值为0方差为
ξr和ξc分别为目标对于雷达探测信号和基站通信信号的雷达截面积；θ为雷达探测信号回波和基站通信信号回波到雷达阵面的角度；ar(θ)和at(θ)分别为雷达阵列的接收导向矢量和发射导向矢量，(·)T表示转置操作，且ar(θ)和at(θ)具有如下形式：
其中λ为基站通信信号和雷达探测信号的波长。
若将L个抽样的雷达接收信号写成矩阵形式，即X＝[x(1) … x(L)]，则有
其中
为由L次抽样的噪声矢量构成的噪声矩阵；
为Nt×Nt的单位矩阵；A′＝[A(θ),ar(θ)]；
将接收信号矩阵表示为列向量的形式
即
其中vec(·)为向量化操作，
为Kronecker积；
将接收信号的向量形式
分别写成实部和虚部，并进行1比特量化，如下所示：
其中Re(·)表示取实部操作，Im(·)表示取虚部操作；sgn(x)函数表示当x≥0时取1，否则为-1。因此Xr是由1和-1构成的列矢量。
步骤S4：计算检测算子和检测门限，并进行比较来确认待检测距离单元是否有目标。
由
的实部和虚部构成列向量
的第k个元素为
令
其中
ln(·)为取自然对数，
为噪声方差。
计算检测算子Tr为：
其中Xr,k为Xr的第k个元素。
计算检测门限η，η为满足检测概率为Pd的检测门限，且有
当检测算子Tr大于检测门限η，即认为该检测距离单元存在目标；否则，则认为该检测距离单元不存在目标。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明提供的基于1比特量化抽样的通信辅助的雷达目标检测方法，通过利用通信基站覆盖范围广的优势，用基站通信信号来进一步改善雷达探测性能；利用1比特量化抽样降低模数转换时的功率消耗。
附图说明
图1为本发明实施例提供的通信辅助的雷达目标检测的连接示意图；
图2本发明方法的基于1比特量化抽样的通信辅助的雷达目标检测方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
随着无线通信技术的不断发展，通信基站的规模和覆盖范围越来越大，基站也是不断向外辐射通信信号。利用这些基站的通信信号可以改善雷达的探测性能。使用成本较低，转换精度低的模数转换器来实现模拟信号的抽样可以减少功率消耗。
如图1所示，雷达发射雷达探测信号，利用雷达探测信号回波进行目标探测。基站发射通信信号进行通信，基站通信信号遇到目标后发生反射，雷达接收到基站通信信号回波。雷达和基站都连接到高速通信网络，雷达通过高速通信网络可以获取基站通信信号，雷达和基站通过高速通信网络进行数据和控制信号的传输。雷达在进行目标检测时，可以同时利用雷达探测信号回波和基站通信信号回波，从而实现通信辅助的雷达目标检测。高速通信网络可以是5G网络和光纤通信网等能够提供低延时、高速率的通信网络。
如图2所示，本发明提供了一种基于1比特量化抽样的通信辅助的雷达目标检测方法，包括：
步骤S1：雷达根据待检测距离单元的地理位置，选择进行辅助探测的通信基站。
假设待检测距离单元周围的通信基站有n个，第i个通信基站距离待检测距离单元的位置为di，第i个通信基站的发射功率为pi，选择
值最大的通信基站作为进行辅助探测的通信基站。
步骤S2：雷达通过高速通信网络，接收进行辅助探测的通信基站传输的进行辅助探测的基站通信信号。
在进行通信辅助的雷达探测时，经过目标反射的基站通信信号和雷达信号回波需要同时到达雷达。由于通信基站、雷达到待检测距离单元的距离不同，通信基站需要通过高速通信网络向雷达传输进行辅助探测的基站通信信号。假设雷达发射雷达探测信号的时刻为t1,雷达探测信号持续时间为T；雷达探测信号传输到待检测距离单元的时间为τ1，进行协助探测基站的通信信号传输到待检测距离单元的时间为τ2；则辅助探测的通信基站通过高速通信网络传输从(t1+τ1-τ2)时刻开始，持续时间为T的基站通信信号给雷达。假设基站通信信号和雷达探测信号处于相同的频率范围。
步骤S3：雷达对待检测距离单元对应的基站通信信号和雷达探测信号进行1比特量化抽样。
假设雷达有Nt根发射天线，Nr根接收天线，为线形阵列；每个接收脉冲内的抽样数为L，即持续时间为T的雷达探测信号视为一个脉冲，同样持续时间为T的基站通信信号也可视为一个脉冲。雷达在对待检测距离单位进行检测时，同时收到雷达探测信号回波和基站通信信号回波。将雷达探测信号进行抽样数字化表示为
S(l)为S的第l列矢量，基站通信信号进行抽样数字化表示为
C(l)为C的第l列元素。则有，雷达接收到的信号x(l)可以表示为
其中l＝1,…,L；
为第l个抽样的噪声矢量，且其中元素满足均值为0方差为
ξr和ξc分别为目标对于雷达探测信号和基站通信信号的雷达截面积；θ为雷达探测信号回波和基站通信信号回波到雷达阵面的角度；ar(θ)和at(θ)分别为雷达阵列的接收导向矢量和发射导向矢量，(·)T表示转置操作，且ar(θ)和at(θ)具有如下形式：
其中λ为基站通信信号和雷达探测信号的波长。
若将L个抽样的雷达接收信号写成矩阵形式，即X＝[x(1) … x(L)]，则有
其中
为由L次抽样的噪声矢量构成的噪声矩阵；
为Nt×Nt的单位矩阵；A′＝[A(θ),ar(θ)]；
将接收信号矩阵表示为列向量的形式
即
其中vec(·)为向量化操作，
为Kronecker积；
将接收信号的向量形式
分别写成实部和虚部，并进行1比特量化，如下所示：
其中Re(·)表示取实部操作，Im(·)表示取虚部操作；sgn(x)函数表示当x≥0时取1，否则为-1。因此Xr是由1和-1构成的列矢量。
步骤S4：计算检测算子和检测门限，并进行比较来确认待检测距离单元是否有目标。
由
的实部和虚部构成列向量
的第k个元素为
令
其中
ln(·)为取自然对数，
为噪声方差。
计算检测算子Tr为：
其中Xr,k为Xr的第k个元素。
计算检测门限η，η为满足检测概率为Pd的检测门限，且有
当检测算子Tr大于检测门限η，即认为该检测距离单元存在目标；否则，则认为该检测距离单元不存在目标。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于1比特量化抽样的通信辅助的雷达目标检测方法，其特征在于，包括：
S1、雷达根据待检测距离单元的地理位置，选择进行辅助探测的通信基站；
S2：雷达通过高速通信网络，接收进行辅助探测的通信基站传输的进行辅助探测的基站通信信号；
S3：雷达对待检测距离单元对应的基站通信信号和雷达探测信号进行1比特量化抽样；
S4：计算检测算子和检测门限，并进行比较来确认待检测距离单元是否有目标。
2.如权利要求1所述的基于1比特量化抽样的通信辅助的雷达目标检测方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：
设待检测距离单元周围的通信基站有n个，第i个通信基站距离待检测距离单元的位置为di，第i个通信基站的发射功率为pi，选择
值最大的通信基站作为进行辅助探测的通信基站。
3.如权利要求1或2所述的基于1比特量化抽样的通信辅助的雷达目标检测方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
设雷达发射雷达探测信号的时刻为t1，雷达探测信号持续时间为T；雷达探测信号传输到待检测距离单元的时间为τ1，进行协助探测基站的通信信号传输到待检测距离单元的时间为τ2；则辅助探测的通信基站通过高速通信网络传输从(t1+τ1-τ2)时刻开始，持续时间为T的基站通信信号给雷达，其中基站通信信号和雷达探测信号处于相同的频率范围。
4.如权利要求1或2所述的基于1比特量化抽样的通信辅助的雷达目标检测方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
将接收信号的向量形式
分别写成实部和虚部，并进行1比特量化，为
其中Re(·)表示取实部操作，Im(·)表示取虚部操作；sgn(x)函数表示当x≥0时取1，否则为-1，Xr是由1和-1构成的列矢量。
5.如权利要求4所述的基于1比特量化抽样的通信辅助的雷达目标检测方法，其特征在于，所述接收信号的向量形式
具体为：
将L个抽样的雷达接收信号写成矩阵形式，即X＝[x(1) … x(L)]，则有
其中
为由L次抽样的噪声矢量构成的噪声矩阵；
为Nt×Nt的单位矩阵；A′＝[A(θ)，ar(θ)]；
将接收信号矩阵表示为列向量的形式
即
其中vec(·)为向量化操作，
为Kronecker积；
6.如权利要求5所述的基于1比特量化抽样的通信辅助的雷达目标检测方法，其特征在于，所述L个抽样的雷达接收信号具体为：
雷达接收到的信号表示为
其中l＝1，…，L；
S(l)为S的第l列元素，S是雷达探测信号的数字化表示，C(l)为C的第l列元素，C是基站通信信号的数字化表示；
为第l个抽样的噪声矢量，且其中元素满足均值为0方差为
ξr和ξc分别为目标对于雷达探测信号和基站通信信号的雷达截面积；θ为雷达探测信号回波和基站通信信号回波到雷达阵面的角度；ar(θ)和at(θ)分别为雷达阵列的接收导向矢量和发射导向矢量，(·)T表示转置操作，且ar(θ)和at(θ)具有如下形式：
其中λ为基站通信信号和雷达探测信号的波长。
7.如权利要6所述的基于1比特量化抽样的通信辅助的雷达目标检测方法，其特征在于，所述雷达探测信号的数字化表示S和基站通信信号的数字化表示C分别为：
设雷达有Nt根发射天线，Nr根接收天线，为线形阵列；每个接收脉冲内的抽样数为L，即持续时间为T的雷达探测信号视为一个脉冲，同样持续时间为T的基站通信信号也可视为一个脉冲，雷达在对待检测距离单位进行检测时，同时收到雷达探测信号回波和基站通信信号回波，将雷达探测信号进行抽样数字化表示为
S(l)为S的第l列矢量，基站通信信号进行抽样数字化表示为
C(l)为C的第l列元素。
8.如权利要求1或2所述的基于1比特量化抽样的通信辅助的雷达目标检测方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：
当检测算子Tr大于检测门限η，即认为该检测距离单元存在目标；否则，则认为该检测距离单元不存在目标。
9.如权利要求8所述的基于1比特量化抽样的通信辅助的雷达目标检测方法，其特征在于，所述检测算子Tr为：
其中Xr，k为Xr的第k个元素，由
的实部和虚部构成列向量
的第k个元素为
令
其中
ln(·)为取自然对数，
为噪声方差。
10.如权利要求9所述的基于1比特量化抽样的通信辅助的雷达目标检测方法，其特征在于，所述检测门限η为满足检测概率为Pd的检测门限，且有
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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